介电弹性体驱动的奔跑机器人设计及力学分析
发布时间：2022-10-08 10:50
软体仿生机器人与刚性仿生机器人相比,更接近生物的真实力学特性,可以天然地适应与环境之间的交互,如跳跃奔跑过程中的接触碰撞交互、抓取过程中的力交互等。此外,软体仿生机器人通过大变形来实现大位移,不需要运动变换机构,因此结构简单,有利于实现机器人的轻量化及敏捷的动态性能。本文利用介电弹性体驱动,研究可以实现跑动的软体机器人,以期在软体仿生机器人动作模拟、力学分析等方面开展预研,为后续的深入研究打下基础。具体研究内容如下:参考奔跑型运动方式的动物体结构并结合介电弹性体关节目前的驱动能力进行机器人结构方案设计,并对方案在理论上和实验上进行可行性分析。具体路线为:建立静力学方程,在理论上对可跳跃能力进行可行性分析;在此基础上,初选结构参数完成结构方案的可行性实验验证。建立仿生机器人运动的动力学方程,并完成相应的算例分析和仿真分析。具体包括:利用Simulink分析运动过程中的实验参数随时间的动态变化。采用Adams软件建立机器人刚体模型和刚柔耦合模型对运动过程进行了动力学仿真和处理,将实验得到机器人运动参数与仿真分析的数据进行定性对比,在理论层面上分析动力学分析结果与实验数据之间的误差。对介电弹...
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 奔跑机器人研究现状
1.2.2 介电弹性体驱动的机器人研究现状
1.3 研究现状分析
1.4 本文的主要研究内容
第2章 奔跑机器人结构方案设计及可行性分析
2.1 动物跑跳运动形式分析
2.2 机器人结构方案设计
2.3 DEMES关节用于奔跑方案的可行性理论分析
2.4 奔跑方案可行性实验分析
2.4.1 实验装置介绍
2.4.2 机器人通电实验验证
2.4.3 机器人通电状态下的运动轨迹信息
2.5 本章小结
第3章 介电弹性体奔跑机器人的动力学分析与仿真
3.1 机器人运动过程的动力学建模分析
3.1.1 机器人通电过程动力学建模
3.1.2 机器人通电运动过程动力学模型的算例分析
3.1.3 机器人断电过程动力学建模
3.1.4 机器人断电过程动力学模型的算例分析
3.2 Adams刚体仿真模型的建立与实验验证
3.2.1 Adams刚体模型建立
3.2.2 Adams仿真结果处理及分析
3.3 刚柔耦合模型仿真
3.3.1 Adams刚柔耦合模型建立
3.3.2 刚柔耦合模型仿真结果处理及分析
3.4 动力学分析结果的实验验证
3.5 本章小结
第4章 介电弹性体驱动关节结构改进与实验分析
4.1 柔性框架驱动区域结构选型
4.2 驱动关节输出力矩分析
4.3 关节结构改进及制备
4.4 改进后的关节与原关节性能的实验对比
4.4.1 输出力矩测量及对比
4.4.2 介电弹性体驱动关节电致变形能力分析
4.4.3 关节性能综合对比
4.5 驱动关节失效形式的处理
4.6 本章小结
第5章 奔跑机器人结构改进及实验探究
5.1 奔跑机器人结构改进
5.1.1 奔跑机器人结构设计分析
5.1.2 机器人结构参数优化及运动流程
5.2 奔跑机器人工艺制作流程
5.3 奔跑机器人运动性能测试
5.3.1 机器人测试试验平台的搭建
5.3.2 机器人双腿同时通电跑动过程状态分析
5.4 机器人适应能力测试
5.4.1 机器人的路面适应能力测试
5.4.2 机器人爬坡能力测试
5.4.3 机器人负载能力测试
5.5 柔性驱动机器人性能对比
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]软体机器人结构机理与驱动材料研究综述[J]. 李铁风,李国瑞,梁艺鸣,程听雨,杨栩旭,黄志龙. 力学学报. 2016(04)
[2]介电弹性材料驱动器在机器人中的应用进展[J]. 郭闯强,吴春亚,邹添,张子健,刘宏. 哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[3]军事机器人[J]. 沈臻懿. 检察风云. 2015(16)
[4]高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 柴汇,孟健,荣学文,李贻斌. 机器人. 2014(04)
硕士论文
[1]最小能量型介电柔性关节的设计、建模及实验研究[D]. 牛俊旸.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3687581
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究的目的和意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 奔跑机器人研究现状
1.2.2 介电弹性体驱动的机器人研究现状
1.3 研究现状分析
1.4 本文的主要研究内容
第2章 奔跑机器人结构方案设计及可行性分析
2.1 动物跑跳运动形式分析
2.2 机器人结构方案设计
2.3 DEMES关节用于奔跑方案的可行性理论分析
2.4 奔跑方案可行性实验分析
2.4.1 实验装置介绍
2.4.2 机器人通电实验验证
2.4.3 机器人通电状态下的运动轨迹信息
2.5 本章小结
第3章 介电弹性体奔跑机器人的动力学分析与仿真
3.1 机器人运动过程的动力学建模分析
3.1.1 机器人通电过程动力学建模
3.1.2 机器人通电运动过程动力学模型的算例分析
3.1.3 机器人断电过程动力学建模
3.1.4 机器人断电过程动力学模型的算例分析
3.2 Adams刚体仿真模型的建立与实验验证
3.2.1 Adams刚体模型建立
3.2.2 Adams仿真结果处理及分析
3.3 刚柔耦合模型仿真
3.3.1 Adams刚柔耦合模型建立
3.3.2 刚柔耦合模型仿真结果处理及分析
3.4 动力学分析结果的实验验证
3.5 本章小结
第4章 介电弹性体驱动关节结构改进与实验分析
4.1 柔性框架驱动区域结构选型
4.2 驱动关节输出力矩分析
4.3 关节结构改进及制备
4.4 改进后的关节与原关节性能的实验对比
4.4.1 输出力矩测量及对比
4.4.2 介电弹性体驱动关节电致变形能力分析
4.4.3 关节性能综合对比
4.5 驱动关节失效形式的处理
4.6 本章小结
第5章 奔跑机器人结构改进及实验探究
5.1 奔跑机器人结构改进
5.1.1 奔跑机器人结构设计分析
5.1.2 机器人结构参数优化及运动流程
5.2 奔跑机器人工艺制作流程
5.3 奔跑机器人运动性能测试
5.3.1 机器人测试试验平台的搭建
5.3.2 机器人双腿同时通电跑动过程状态分析
5.4 机器人适应能力测试
5.4.1 机器人的路面适应能力测试
5.4.2 机器人爬坡能力测试
5.4.3 机器人负载能力测试
5.5 柔性驱动机器人性能对比
5.6 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]软体机器人结构机理与驱动材料研究综述[J]. 李铁风,李国瑞,梁艺鸣,程听雨,杨栩旭,黄志龙. 力学学报. 2016(04)
[2]介电弹性材料驱动器在机器人中的应用进展[J]. 郭闯强,吴春亚,邹添,张子健,刘宏. 哈尔滨工业大学学报. 2016(01)
[3]军事机器人[J]. 沈臻懿. 检察风云. 2015(16)
[4]高性能液压驱动四足机器人SCalf的设计与实现[J]. 柴汇,孟健,荣学文,李贻斌. 机器人. 2014(04)
硕士论文
[1]最小能量型介电柔性关节的设计、建模及实验研究[D]. 牛俊旸.哈尔滨工业大学 2015
本文编号：3687581
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